Virtualisierung in Netzen Möglichkeiten und Probleme

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1 Virtualisierung in Netzen Möglichkeiten und Probleme Dieter Kranzlmüller, Martin Metzker Munich Network Management Team Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) & Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (LRZ)

2 Virtualisierung? In Netzen? Anpassen des Netzes an aktuelle und kurzfristige Anforderungen, ohne Geräte oder Leitungen umzubauen Bisher: Virtuelle Leitungen Neu: Zusätzlich virtualisierte Geräte In diesem Vortrag: Möglichkeiten an Bespielen und Anwendungsfällen Probleme im täglichen Einsatz Forschungsansatz zu Dienstgüte in virtuellen Netzen D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 2

3 Virtualisierung! In Netzen! Formen von Virtualisierung in Netzen Gruppenbildung Kommunikation beschränkt auf manche Teilnehmer Tunneln logische Leitung durch einen Netzabschnitt hindurch Sonderbehandlungen Zweckbindung/Reservierung von Ressourcen Neue Formen von Virtualisierung in Netzen: Virtualisierte Komponenten (Switches, Router, Server) Können umgebaut werden ohne physisch Geräte umzubauen Viele virtuelle Komponenten teilen sich die selbe physische Ressource D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 3

4 Virtualisierung! In Netzen! Anpassen des Netzes, Gruppenbildung: Etage mit Büroräumen Ein physisches Netz pro Etage Ein virtuelles Netz für das MNM Team D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 4

5 Virtualisierung! In Netzen! Anpassen des Netzes, Tunneln: Je ein MNM Netz an der LMU und am LRZ Ein Tunnel verbindet die Netze zu einem virtuellen Netz Für das MNM Team D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 5

6 Münchner Wissenschaftsnetz (MWN) D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 6

7 Virtualisierung! In Netzen! Anpassen des Netzes, Sonderbehandlungen: Datenverkehr durch das MWN Sonderbehandlung MNM Daten garantiert Eigenschaften des Tunnels (Dienstgüte) D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 7

8 Virtualisierung von Leitungen und Komponenten Leitungen Komponenten D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 8

9 Beispiel: virtualisierter Webserver Ein zentraler Server dient als Plattform für viele virtuelle Server Virtualisierung in Netzen erlaubt nahtlose die Einbindung entfernter Ressourcen D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 9

10 Virtuelle Infrastrukturen Virtualisierung der Komponenten und zwischen den Komponenten Beispiel Praktikum Rechnernetze an der LMU 4 Router und 3 Server, verschaltet in 8 getrennten Netzen, pro Gruppe Dieses Jahr 13 Gruppen => Bedarf für 52 Router, 36 Server, 104 Netze Realisiert auf 4 physischen Servern D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 10

11 Vorteile virtualisierter Infrastrukturen Beschaffung unkompliziert Entsorgung schnell und einfach Ermöglicht eigene Infrastruktur für jeden Zweck IT-Grundversorgung Internetauftritt, , Kalender, Datenablage, für jeden: Lehrstühle, Vereine, Projekte bzw. Konsortien, Vorgefertigte virtuelle Infrastrukturen mit installieren Anwendungen können einfach ausgelagert oder weitergegeben werden D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 11

12 Herausfoderungen (I) Infrastrukturdienste (Cloud Computing) Produkt Infrastructure as a Service (IaaS): kommerzielles Bereitstellen einer virtuellen Infrastruktur Flexibility : vergrößern/verkleinern der Infrastrukturen und den Komponenten zugewiesenen Ressourcen, jederzeit und nach Bedarf On Demand : wenig bis keine Vorlaufzeit um Cloud Dienste nutzen zu können Green IT und Wirtschaftlichkeit Betrieb von Servern kostet Strom, Kühlung, Ersatzteile, Migration erlaubt es virtuelle Komponenten online zwischen physischen Rechnern zu verschieben Hohe Last: Verteilen auf viele Rechner Geringe Last: Zusammenziehen auf wenige Rechner Ziel: Balance zwischen eingesetzten Ressourcen und Kosten für Migration D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 12

13 Herausfoderungen (II) Herausforderungen für große Virtualisierungsumgebungen Unterschiedliche Anforderungen der Kunden Effizienter Ressourceneinsatz und Planung Sehr hohe Anzahl von Änderungsanfragen pro Zeit Sehr hohe Anzahl von virtuellen Komponenten Stetig steigende Nachfrage nach virtuellen Ressourcen Strato > physische Server Amazon > physische Server Am LRZ plant man derzeit mit einem Verhältnis 20 virtuelle Server pro einem physischen Server D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 13

14 Herausforderung für Virtualisierung in Netzen Unterschiedliche Anforderungen der Kunden Dienstgüte Verteilte Anwendungen haben Anforderungen an Verbindung zwischen Teilsystemen. (Übertragungsrate, Verzögerungszeit, Verlust) Dienstgüteanforderungen werden verknüpft Effizienter Ressourceneinsatz und Planung Verknüpfen von Dienstgüteanforderungen führt oft zu Übererfüllung und Verschwendung Verknüpfen von Netz in Netz Anforderungen ist weitgehend ungelöst D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 14

15 Herausforderung für Virtualisierung in Netzen Sehr hohe Anzahl von Änderungsanfragen pro Zeit und virtuellen Komponenten Folgen Automatismen notwendig Sehr kurze Halbwertszeit von Informationen => geringer Nutzen von Caches Heutige Technologien stoßen an Leistungsgrenzen Beispiel: Ethernet Topologie muss kreisfrei sein => Nadelöhre, redundante Verbindungen liegen brach, D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 15

16 Aktuelle Forschung Management in virtualisierten Netzen Idealisierte Infrastruktur: Rechner, Netz und Anforderungen Bereitgestellte Infrastruktur Umsetzung unter Berücksichtigung der aktuellen Auslastung physische Ressourcen Erzeugen einzelner Teilstücke Integration mit physischer Infrastruktur D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 16

17 Vorteile einer geschichteten Architektur Erlaubt Erweiterungen und Austausch einzelner Schichten Neue Technologien können einfacher eingebunden werden Abstraktion auf höheren Schichten Technologische Details können ausgeblendet werden Aufgabentrennung vereinfacht Automatisierung Platzierung von Komponenten und Netzen Bereitstellung virtueller Hardware Abbildung von Dienstgüteanforderungen D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 17

18 Vision: Anwendung des fertigen Systems (I) Anwender/Kunde bestellt eine Infrastruktur D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 18

19 Vision: Anwendung des fertigen Systems (II) Umsetzung und Platzierung der Infrastruktur Verteilung der virtuellen Infrastruktur auf zwei physische Server D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 19

20 Vision: Anwendung des fertigen Systems (III) Zuweisung von physischen Ressourcen Server: CPU, RAM, Festplatte Switche: CPU, physischer Netzanschluss Physisches Netz zwischen den Servern D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 20

21 Hauptprobleme Ressourcenbedarf pro physischer Komponente Ermittlung von Gesamtbedarf Wie bestimmt man den CPU-Bedarf eines Switches? Durchsetzung von Plänen Scheduling im physischen Rechner (B,Switch,C) vs. (B,Switch,C,Switch,B) D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 21

22 Zusammenfassung Virtuelle Infrastrukturen erleichtern Zugang zu IT Diensten beinhalten neue Herausforderungen für Virtualisierung in Netzen Skalierungseffekte erschweren Management Neuer Ansatz für Netzmanagement mit virtuellen Komponenten Nächste Schritte Umsetzung der vorgestellten Architektur Entwickeln eines Dienstgütemodells um Architektur um die Bereitstellung von Dienstgüte zu erweitern D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 22

23 Virtualisierung in Netzen: Möglichkeiten und Probleme Dieter Kranzlmüller Foto: Ernst Graf D. Kranzlmüller Virtualisierung in Netzen 23

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